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基于MAX1898的智能充电器设计
在人们日常工作和生活中,充电器的使用越来越广泛。从随身听到数码相机,从手机到笔记本电脑,几乎所有用到电池的电器设备都需要用到充电器。充电器为人们的外出旅行和出差办公提供了极大的方便。
单片机在电池充电器领域也有着广泛的应用,利用它的处理控制能力可以实现充电器的智能化。充电器各类繁多, 但从严格意义上讲, 只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。
1 实例说明
随着手机在世界范围内的普及使用,手机电池充电器的使用也越来越广泛。
本章将通过一个典型实例介绍 51 单片机在实现手机电池充电器方面的应用。实例所实现的充电器是一种智能充电器,它在单片机的控制下,具有预充、充电保护、自动断电和充电完成报警提示功能。
实例的功能模块如下。
●单片机模块:实现充电器的智能化控制,比如自动断电、充电完成报警提示等。
●充电过程控制模块:采用专用的电池充电芯片实现对充电过程的控制。
●充电电压提供模块:采用电压转换芯片将外部+12V 电压转换为需要的+5V 电压,
该电压在送给充电控制模块之前还需经过一个光耦模块。
● C51 程序:单片机控制电池充电芯片实现充电过程的自动化,并根据充电的状态给
出有关的输出指示。
2 设计思路分析
要实现智能化充电器,需要从下面两个方面着手。
(1)充电的实现。它包括两部分:一是充电过程的控制;二是需要提供基本的充电电压。
(2)智能化的实现。在充电器电路中引入单片机的控制。
为何需要实现充电器的智能化
充电器实现的方式不同会导致充电效果的不同。
由于充电器多采用大电流的快速充电法,在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫,过度的充电会严重损害电池的寿命。一些低成本的充电器采用电压比较法,为了防止过充,一般充电到90%就停止大电流快充,而采用小电流涓流补充充电。
手机电池的使用寿命和单次使用时间与充电过程密切相关。锂电池是手机最为常用的一种电池,它具有较高的能量重量比、能量体积比、具有记忆效应,可重复充电多次,使用寿命较长,价格也越来越低。锂电池对于充电器的要求比较苛刻,需要保护电路。为了有效利用电池容量,需将锂电池充电至最大电压,但是过压充电会造成电池损坏, 这就要求较高的控制精度。另外, 对于电压过低的电池需要进行预充,充电器最好带有热保护和时间保护,为电池提供附加保护。
一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足,而且还可以对电池起到一定的维护作用,修复由于使用不当造成的记忆效应,即容量下降(电池活性衰退)现象。设计比较科学的充电器往往采用专用充电控制芯片配合单片机控制的方法。专用的充电芯片具备业界公认较好的-△V 检测,可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号, 比较精确地结束充电工作,通过单片机对这些芯片的控制,可以实现充电过程的智能化,例如, 在充电后增加及时关断电源、蜂鸣报警和液晶显示等功能。充电器的智能化可以缩短充电的时间,同时能够维护电池,延长电池使用寿命。
如何选择电池充电芯片
目前市场上存在大量的电池充电芯片,它们可直接用于进行充电器的设计。在选择具体的电池充电芯片时,需要参考以下标准。
●电池类型:不同的电池(锂电池、镍氢电池、镍镉电池等)需选择不同的充电芯片。
●电池数目:可充电池的数目。
●电流值:充电电流的大小决定了充电时间。
●充电方式:是快充、慢充还是可控充电过程。
本例要实现的是手机的单节锂离子电池充电器,要求充电快速且具有优良的电池保护能力,据此选择 Maxim 公司的 MAX1898 作为电池充电芯片。
MAX1898 配合外部 PNP 或 PMOS 晶体管可以组成完整的单节锂电池充电器。MAX1898 提供精确的恒流/恒压充电,电池电压调节精度为±% ,提高了电池性能并延长了电池使用寿命。充电电流可由用户设定,采用内部检流, 无须外部检流电阻。MAX1898 提供了充电状态的输出指示、输入电源是否与充电器的连接的输出指示和充电电流指示。MAX1898 还具有其他一些功能,包括输入关断控制、可选的充电周期重启(无须重新上电)、可选的充电终止安全定时器和过放电电池的低电流预充。
MAX1898 的关键特性如下。
●简单、安全的线性充电方式。
●使用低成本的 PNP 或 PMOS 调整元件。
●输入电压: ~12V。
●内置检流电阻。
●±%电压精度。
●可编程充电电流。
●输入电源自动检测。
● LED充电状态指示。
●可编程安全定时器。
●检流监视输出。
●可选/可调节自动重启。
●小尺寸μMAX封装。
MAX1898的充